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H3C 4G上行功率控制技术白皮书-6W101-整本手册.pdf (388.57 KB)
H3C 4G上行功率控制
技术白皮书
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LTE（Long Term Evolution，长期演进）系统小区内的用户通过频分实现正交，因此小区内干扰影响较小。但小区间，尤其是频率复用因子为1时，系统内所有小区都使用相同的频率资源为用户服务，导致小区边缘用户间干扰较大。因此LTE系统需要进行小区间的干扰协调，而功率控制是实现小区间干扰协调的一个重要手段。
LTE系统中功率控制技术分为上行信道功率控制和下行信道功率控制。
· 上行信道功率控制又分为开环功率控制和闭环功率控制两种方式。LTE系统首先通过开环功率控制设置上行信道功率初始值，然后通过闭环功率控制实时调整上行信道功率，以实现基站稳定接收UE（User Equipment，用户终端）信号及节省UE功耗的目的。
· 下行功率控制实质为功率分配，本文将不进行重点叙述。
在上行方向，由于资源调度的最小时频单元为RB（Resource Block,资源块），所以在上行方向，以RB为带宽单位度量UE发射功率的大小，一个RB上的能量即为PSD（Power Spectral Density，功率谱密度）。
如图1，UE1距离基站较近，功率衰减较少；UE2距离基站较远，功率衰减较大。基站通过上行信道功率控制，使得UE2以较大的功率发送信号，UE1以较小的功率发送信号，从而保证了基站信号接收功率的稳定。
移动通信中根据信道中所传送信号的方向不同，可分为上行信道和下行信道。其中从UE侧到基站侧，称之为上行方向；从基站侧到UE侧，称之为下行方向。本文功率控制涉及的上行信道均指LTE上行物理信道。LTE系统上行物理信道包括：
· 物理随机接入信道（Physical Random Access Channel，PRACH）：承载UE接入网络使用的随机接入前导，一旦获得网络授权，UE即可与基站建立连接，实现上行信号同步。
· 物理上行共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）：负责承载上行用户数据，采用共享的方式，利用基站的资源调度信息为不同用户分配传输资源。
· 物理上行控制信道（Physical Uplink Control Channel，PUCCH）：承载上行控制信息，负责HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合式自动重传请求）的结果确认、调度请求（Scheduling Request）和信道质量指示（Channel Quality Indicator）等功能。
· PRACH功率控制仅涉及开环功率控制。PUSCH和PUCCH功率控制涉及开环和闭环2种功率控制方式。本文以PUSCH和PUCCH功率控制方式为例进行介绍。
· SRS（Sounding Reference Signal，探测参考信号）为上行物理信号，用于上行信道估计和上行频率选择性调度，其功率控制和PUSCH类似，本文不再赘述。
DCI（Downlink Control Information，下行链路控制信息）为PDCCH（Physical Downlink Control channel，物理下行控制信道）携带的链路控制信息，具有指示上下行资源分配、上行信道功率调整以及调制编码方案等功能。主要的DCI格式如下表：
表1 DCI格式说明
|
格式 |
描述 |
|
0 |
用于指示PUSCH（Physical Uplink Shared channel，物理上行共享信道）的资源调度信息，包括资源块分配、调制编码方案、PUSCH传输功率控制命令等 |
|
1 |
用于指示单码字PDSCH（Physical Downlink Shared channel，物理下行共享信道）的资源调度信息，包括资源块分配、调制编码方案、PUCCH传输功率控制命令等 |
|
1A |
· 标识字段为O时，指示单码字PDSCH的资源调度信息（已压缩），包括资源块分配、调制编码方案、PUCCH传输功率控制命令等 · 标识字段为1A时，指示由一个PDCCH命令发起的随机接入进程（已压缩） |
|
1B |
用于指示带有预编码信息的单码字PDSCH的资源调度信息（已压缩），包括资源块分配、调制编码方案、PUCCH传输功率控制命令等 |
|
1C |
经过高压缩的用于指示单码字PDSCH的资源调度信息，主要包括资源块分配信息 |
|
1D |
用于指示带有预编码和功率偏移信息的单码字PDSCH资源调度信息（已压缩），包括资源块分配、调制编码方案、PUCCH传输功率控制命令等 |
|
2 |
用于指示双码字PDSCH（Physical Downlink Shared channel，物理下行共享信道）的资源调度信息，包括资源块分配、调制编码方案、PUCCH传输功率控制命令等 |
|
2A |
用于指示带有预编码的双码字PDSCH（Physical Downlink Shared channel，物理下行共享信道）的资源调度信息，包括资源块分配、调制编码方案、PUCCH传输功率控制命令等 |
|
2B |
用于指示带有扰码信息的双码字PDSCH（Physical Downlink Shared channel，物理下行共享信道）的资源调度信息，包括资源块分配、调制编码方案、PUCCH传输功率控制命令等 |
|
3 |
用于PUCCH和PUSCH的传输功率控制命令，使用2比特的功率调整信息 |
|
3A |
用于PUCCH和PUSCH的传输功率控制命令，使用1比特的功率调整信息 |
TPC（Transmit Power Control，传输功率控制）为DCI中指示上行信道功率调整的命令。在LTE系统中，上行信道功率主要通过PDCCH信道下发的DCI中携带的TPC命令进行控制的。
不同格式的DCI信息，TPC命令所占的比特位不同。在DCI 3A中TPC命令为1比特，在DCI 0、DCI 1、DCI 1A、DCI 1B、DCI 1C、DCI 1D、DCI 2、DCI 2A、DCI 2B和DCI 3中TPC命令为2比特。
使用TPC进行功率控制分为累计方式和绝对方式：
· 累积方式：当前功率调整值是在上次功率调整的数值上增加或减少一个TPC命令指示的步长，累积方式是UE缺省使用的调整方式，适用于PUCCH和PUSCH，支持2比特和1比特的TPC命令。
· 绝对值方式：直接使用TPC中指示的步长调整功率，只适用于PUSCH，且仅支持2比特的TPC命令。
针对PUSCH功率控制，系统使用的DCI格式、TPC命令所占的比特位数、TPC功率控制方式及对应的功率调整步长情况请见表2和表3。
表2 2比特TPC命令对PUSCH的功率调整步长
|
TPC命令取值 （DCI格式为0、3，占位2比特） |
累计方式调整步长（dB） |
绝对值方式调整步长（dB） |
|
0 |
-1 |
-4 |
|
1 |
0 |
-1 |
|
2 |
1 |
1 |
|
3 |
3 |
4 |
表3 1比特TPC命令对PUSCH的功率调整步长
|
TPC命令取值 （DCI格式为3A，占位1比特） |
累计方式调整步长（dB） |
|
0 |
-1 |
|
1 |
1 |
针对PUCCH功率控制，系统使用的DCI格式、TPC命令所占的比特位数、TPC功率控制方式及对应的功率调整步长情况请见表4和表5。
表4 2比特TPC命令对PUCCH的功率调整步长
|
TPC命令取值 （DCI格式为1、1A、1B、1D、2、2A、2B和3，占位2比特） |
累计方式调整步长（dB） |
|
0 |
-1 |
|
1 |
0 |
|
2 |
1 |
|
3 |
3 |
表5 1比特TPC命令对PUCCH的功率调整步长
|
TPC命令取值 （DCI格式为3A，占位1比特） |
累计方式调整步长（dB） |
|
0 |
-1 |
|
1 |
1 |
开环功率不需要基站根据信号接收情况进行反馈，由UE根据自身测量结果进行功率控制。主要用于基站和UE建立连接之前的功率控制，如PRACH功率控制及PUSCH、PUCCH的功率初始值设置。
在RB带宽确定的情况下，要保证基站接收信号稳定，只需要保证基站接收信号的功率稳定即可。
假设基站实际接收功率为
，UE上行信号发射功率为
，路径损耗为PL，则UE发送上行信号的功率情况如图2。
LTE系统开环功率控制的目的为确定UE上行信号发送功率。
上图中，上行信号功率满足公式
，如果基站实际接收功率等于基站目标接收功率
，则UE上行信号发射功率
。根据以上公式，只需得到和PL，即可确定UE上行信号发射功率。
基站目标接收功率
由高层下发，通过系统广播信息发送给UE。
UE通过接收的下行CRS（Cell Reference Signal，小区参考信号）计算出路径损耗PL。由于上行和下行信道频段相当，且短时内（CRS周期为3个OFDM符号）信道情况变换较小，可认为计算得到的下行路径损耗等于上行信号的路径损耗。
假设基站发送CRS功率为
，UE接收CRS功率为
，路径损耗为PL，UE接收CRS过程如图3。
图3 CRS信号功率示意图
上图中，路径损耗满足公式
。其中CRS功率通过系统广播信息由基站下发给UE；为UE接收到的CRS功率，即RSRP（Reference Signal Received Power参考信号接收功率）。由此，可以计算得到PL。
得到PL后，LTE系统还需考虑以下3个条件才能最终确定UE上行信号发射功率。
· 系统最大发射功率限制：UE上行信号发射功率不能超过系统最大发射功率限制。
· 路径损耗补偿：通过给PL乘以一个大于等于0，小于等于1的系数，降低路径损耗，从而降低UE的发射功率。路径损耗补偿主要用于减少小区边缘UE的信号发射功率，从而减少小区间干扰。
· 调制编码方案补偿：调制编码方案补偿针对不同的调制阶数，调整UE信号发射功率。
基于基站目标接收功率、路径损耗PL及以上3个条件，可最终确定由开环功率控制的UE上行信号发射功率。
经过开环功率控制后，UE按照初始发射功率向基站发送PUSCH和PUCCH信号。基站收到信号后，开始针对接收的信号功率为UE进行功率调整，实现闭环功率控制。
闭环功率控制过程如下：
(1) 基站为UE设置发送信号的功率初始值。
(2) UE按照初始功率发送上行信号。
(3) 基站根据UE上报的SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比）或BLER（Block Error Rate，误码率），结合目标SINR或目标BLER，进行功率调整。
a. 如果上报值小于目标值，且UE上行发射总功率未达到最大值，则发送TPC命令增加UE发射功率；
b. 如果上报值大于目标值，则发送TPC命令减小UE发射功率。
UE根据下列公式确定PUSCH的发射功率：
=min{
,10
其中：
· ：表示UE为第i个子帧中的PUSCH配置的发射功率。
· ：表示终端的最大发射功率，为高层配置并下发给UE。
· 
：表示第i个子帧中的PUSCH带宽，以包含的有效资源块RB的个数表示。
· 
：由小区专用标称功率
和UE专用标称功率
两部分组成，
。
¡ j用于标记不同类型的上行数据包。不同类型的数据包，标称发射功率不同。
- j=0，表示由PDCCH中DCI动态调度的PUSCH资源。
- j=1，表示半静态调度的PUSCH资源。
- j=2，表示随机接入响应中分配的PUSCH资源。
¡ 表示小区专用标称功率，为基站希望接收到的功率值，单位为dbm。
- 当j=0或1时，
由高层配置。
- 当j=2时，=
，其中
和
由高层配置。
¡ 表示UE专用标称功率，为不同UE针对的偏移量，单位为dbm。
- 当j=0或1时，
由高层配置。
- j=2时，
。
· 
：表示路径损耗的补偿因子。
¡ j=0或1时，
{0,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1}。对于越靠近小区边缘用户，
，以降低小区边缘用户发射功率，减少小区间干扰。
¡ j=2时，
。
· PL：为路径损耗，单位为dB。
· 
：表示由调制编码方案及数据类型确定的功率偏移量。取值与
有关，为针对不同编码调制方案的补偿量，取值为0或1.25，由高层配置的UE专用参数deltaMCS-Enabled提供。
¡ 当
时，
=0；
¡ 当
时，
)。
- MPR与调制阶数有关。具体计算方法请参见3GPP TS 36.213。
- 
表示控制信息的补偿信息。当PUSCH上发送的没有UL-SCH的控制数据，其值由高层进行配置。其它情况，
1。
· 
：表示闭环功率控制调整值。分为累计方式和绝对值方式。
¡ 当高层配置的UE专用参数Accumulation-enable被激活，则使用累计方式进行功率调整。此时由两部分组成：上一子帧的调整值和TPC命令指示的调整值。
。
表示在
）子帧上TPC命令。
- f(0)表示累计方式重置后的第一个值。
- 
取值与上下行子帧配比及子帧号有关，具体如下表6所示。
表6 
取值情况
|
TDD UL/DL子帧配置格式 |
子帧号i |
|||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
0 |
- |
- |
6 |
7 |
4 |
- |
- |
6 |
7 |
4 |
|
1 |
- |
- |
6 |
4 |
- |
- |
- |
6 |
4 |
- |
|
2 |
- |
- |
4 |
- |
- |
- |
- |
4 |
- |
- |
|
3 |
- |
- |
4 |
4 |
4 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
4 |
- |
- |
4 |
4 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
5 |
- |
- |
4 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
6 |
- |
- |
7 |
7 |
5 |
- |
- |
7 |
7 |
- |
当TDD UL/DL子帧配置格式为0时，如果子帧2或7上的PUSCH和包含DCI格式0的PDCCH一起被调度，并且PDCCH中UL的LSB（Least
Significant Bit，最低有效位）序号设置为1，则
=7。
- 
即为TPC命令对应的功率调整值。具体取值（功率调整步长）与TPC命令关系见2.1.3 表2和2.1.3 表3。
当子帧中没有检测到TPC命令，或者DRX发生时，或者第i个子帧不是TDD中的上行子帧时，=0；如果DCI格式为0的PDCCH为一个半持续调度触发或者是释放的PDCCH，=0。
¡ 当高层配置的UE专用参数Accumulation-enable未被激活，使用绝对值方式进行功率调整。此时，
。
表示由具有DCI格式0的PDCCH在）子帧上TPC命令。及的取值同积累方式中对应参数的取值方法。
对于没有获得具有DCI格式0的PDCCH，或者DRX发生时，或者第i个子帧不是TDD中的上行子帧时，
；如果DCI格式为0的PDCCH为一个半持续调度触发或者是释放的PDCCH，=0。
¡ f(i)的初始值设置如下：
- 如果值被高层改变，则f(0)=0；
- 否则，
，
是随机接入中指示的TPC命令，
由高层提供，表示从第一个到最后一个随机接入前导功率总上升幅度。
PUSCH功率控制运行机制包括开环控制和闭环控制两部分。通过开环控制获得PUSCH发射功率的初始值；通过闭环功率控制，获取PUSCH发射功率的调整值。
(1) PUSCH开环功率控制
当UE初始接入网络或值被高层改变时，此时UE通过开环功率控制获得初始功率。PUSCH初始功率值为：
=min{,10
¡ 以上公式具体参数含义请参见2.2.1 1. PUSCH发射功率。
¡ 
表示功率调整的初始值，具体取值请参见2.2.1 1. PUSCH发射功率。
(2) PUSCH闭环功率控制
a. 根据高层配置的UE专用参数Accumulation-enable激活的情况，确定闭环功率控制方式为积累方式还是绝对值方式。
b. 获取并存储TPC命令：除DRX外的每个子帧，UE尝试使用UE C-RNTI（Radio Network Tempory Indication，无线网络临时鉴定）或者SPS（Semi-Persistent Scheduling，半持续性调度）C-RNTI解码具有DCI格式为0的PDCCH，以及使用UE TPC-PUSCH-RNTI解码具有DCI格式为3或3A的PDCCH，从而获取并存储TPC命令。如果在同一子帧中同时检测到DCI格式0和DCI格式3或3A，则UE会使用DCI格式0提供的TPC。
c. 确认当前子帧号i的PUSCH的值。
- 如1. 表6，依据系统设置的上下行子帧配比及子帧号，确定子帧号i的PUSCH对应的TPC命令位置。
- 如2.1.3 表2和2.1.3 表3，依据DCI格式、闭环功率控制方式（累计方式或获绝对值方式），获得TPC命令对应的值。
d. 根据下列公式计算PUSCH发射功率。
=min{,10
- 以上公式具体参数含义请参见2.2.1 1. PUSCH发射功率。
- 如果UE达到了最大发射功率，则正的将不再累加。
- 如果UE达到了最小发射功率，则负的将不再累加。
- 如果值被高层改变时或接收到随机接入的响应消息，则被重置。
PUCCH的功率控制基本原理同PUSCH，只是具体参数存在区别。
UE根据下列公式确定PUCCH的发射功率：
=min{,
其中：
· ：表示UE为第i个子帧中的PUCCH配置的发射功率。
· ：表示终端的最大发射功率，为系统配置。
· 
：由小区专用标称功率
和UE专用标称功率
两部分组成，
。
¡ 表示小区专用标称功率，为基站希望接收到的功率值，单位为dbm，由高层配置。
¡ 表示UE专用标称功率，为不同UE针对的偏移量，单位为dbm，由高层配置。
· PL：为路径损耗，单位为dB。
· 
：表示针对不同格式的PUCCH（1、1a、1b、2、2a和2b）设置的发送功率偏移量。该值由高层配置。
· 
：依据CQI和HARQ的比特数设置的发射功率偏移量。
为CQI的信息比特数，
¡ 对于PUCCH格式1，1a或1b，=0。
¡ 对于PUCCH格式2，2a，2b，并且为常规循环前缀时，
¡ 对于PUCCH格式2，并且为扩展循环前缀时，
· 
：表示闭环功率控制调整值。PUCCH仅支持累计方式。
g(i)由两部分组成，上一子帧的调整值和TPC命令指示的调整值。
。
表示在
）子帧上TPC命令。
¡ g(0)表示累计方式的重置后的第一个值。
¡ 
取值与上下行子帧配比及所在子帧号有关，具体如下表7所示，表格中每一项包含数据的个数即为M值，具体的数值为
值，如当TDD UL/DL子帧配置格式为3、子帧号为2时，M=4，
。
表7 
取值情况
|
TDD UL/DL子帧配置格式 |
子帧号i |
|||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
0 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
1 |
- |
- |
6 |
- |
4 |
- |
- |
6 |
- |
4 |
|
2 |
- |
- |
7、6 |
4 |
- |
- |
- |
7、6 |
4 |
- |
|
3 |
- |
- |
8、7、4、6 |
- |
- |
- |
- |
8、7、4、6 |
- |
- |
|
4 |
- |
- |
7、6、11 |
6、5 |
5、4 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
5 |
- |
- |
12、8、7、11 |
6、5、 4、7 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
6 |
- |
- |
13、12、9、8、7、5、4、 11、6 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
¡ 
即为TPC命令对应的功率调整值。具体取值（功率调整步长）与TPC命令关系见2.1.3 表4和2.1.3 表5。
¡ 如果DCI格式为1、1A、2、2A和2B的PDCCH确认为一个半持续调度启动的PDCCH，或者DCI格式为1A的PDCCH确认为一个半持续调度释放的PDCCH，那么
0。
¡ g(i)的初始值设置如下：
- 如果值被高层改变，则g(0)=0；
- 否则，
，是随机接入中指示的TPC命令，由高层提供，表示从第一个到最后一个随机接入前导功率总上升幅度。
PUCCH功率控制运行机制包括开环控制和闭环控制两部分。通过开环控制获得PUCCH发射功率的初始值；通过闭环功率控制，获得PUCCH发射功率的初始调整值。
(1) PUCCH开环功率控制：当UE初始接入网络或值被高层改变时，此时UE通过开环功率控制获得初始功率。PUCCH初始功率值为：
=min{,
¡ 以上公式具体参数含义请参见2.2.2 1. PUCCH发射功率。
¡ 
表示功率调整的初始值，具体取值请参见2.2.2 1. PUCCH发射功率。
(2) PUCCH闭环功率控制。
a. 获取并存储TPC命令：除DRX外的每个子帧，UE尝试使用UE C-RNTI或者SPS C-RNTI解码具有DCI格式为1、1A、1B、1D、2、2A和2B的PDCCH，以及使用UE TPC-PUCCH-RNTI解码具有DCI格式为3或3A的PDCCH解码，从而获取并存储TPC命令。
b. 确认当前子帧号i的PUCCH的值。
- 如1. 表7，依据系统设置的上下行子帧配置格式及子帧号，确定子帧号i的PUCCH对应的TPC命令位置。
- 如2.1.3 表4和2.1.3 表5，依据DCI格式、闭环功率控制方式的方式，获得TPC命令对应的值。
c. 根据下列公式计算PUCCH发射功率。
=min{
,
- 以上公式具体参数含义请参见2.2.2 1. PUCCH发射功率。
- 如果UE达到了最大发射功率，则正的
将不再累加。
- 如果UE达到了最小发射功率，则负的将不再累加。
- 如果
值被高层改变时或接收到随机接入的响应信息，则
被重置。
如图4为PUSCH功率控制示意图，其中EPC（Evolved Packet System，演进的分组系统）为4G核心网，与基站相连，PDN（Packet Data Network，分组数据网络）为UE访问的外部网络，与EPC相连。
图4 PUSCH功率控制典型组网应用示意图
· 3GPP TS 36.201 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical Layer–General Description
· 3GPP TS 36.211 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical channels and modulation
· 3GPP TS 36.212 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Multiplexing and channel coding
· 3GPP TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical layer–Measurements
· 3GPP TS 36.214 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical layer–Measurements
· 3GPP TS36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Medium Access Control (MAC) protocol specification
· 3GPP TS36.331 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Radio Resource Control (RRC) protocol specification
支持
